厚板多層多道產(chǎn)品焊接--MOTOMAN機(jī)器人

摘要：

厚板開坡口多層多道焊接工藝是機(jī)器人使用中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，為提高生產(chǎn)效率，保證焊縫質(zhì)量，需要采取特殊的工藝方法，才能滿足生產(chǎn)要求。本文利用MOTOMAN機(jī)器人，配合電弧跟蹤傳感器，對(duì)厚板雙絲焊機(jī)器人焊接工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，制造的成套設(shè)備達(dá)到客戶使用要求。

一、主要設(shè)備構(gòu)成：

 二、設(shè)備的規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)，使用要點(diǎn)

1.機(jī)器人系統(tǒng)：

工作站使用弧焊機(jī)器人MOTOMAN-HP20，在原有標(biāo)準(zhǔn)配置的基礎(chǔ)上增加始端檢出功能和焊縫跟蹤功能。

始端檢出就是借助加在焊絲與工件之間的直流高壓脈沖，機(jī)器人自動(dòng)按照檢出程序規(guī)定的移動(dòng)軌跡移動(dòng)，對(duì)工件的實(shí)際位置進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算出工件的實(shí)際位置與示教位置的偏差，然后在機(jī)器人的軌跡移動(dòng)文件中將焊縫的軌跡按照偏差進(jìn)行修正，機(jī)器人按照修正后的軌跡進(jìn)行焊接，從而保證正確焊接軌跡的一種功能。

機(jī)器人電弧跟蹤，利用擺焊時(shí)焊絲干伸長(zhǎng)變化引起的焊接電流變化，探測(cè)實(shí)際焊接軌跡；電流周期采樣曲線的積分差值，乘以修正系數(shù)，大小決定軌跡修正的大小，符號(hào)決定軌跡修正的方向。

值得注意的是：打底的第一道焊縫使用COMARCON指令時(shí)，一定要正確配置跟蹤條件參數(shù)文件CAF#(*)，由于雙絲焊只能利用前絲電流進(jìn)行跟蹤采樣，后絲的電弧對(duì)前絲電弧坡口側(cè)壁熔深產(chǎn)生干擾，所以定標(biāo)試驗(yàn)跟蹤得到的增益系數(shù)，要根據(jù)實(shí)際焊接電流大小適當(dāng)調(diào)整。焊接第二道以后的焊道時(shí)只須利用SHIFT ON指令進(jìn)行水平和高度移動(dòng)即可。

在進(jìn)行電弧跟蹤之前，對(duì)選定的穩(wěn)定焊接規(guī)范，要進(jìn)行多次堆道試驗(yàn)，計(jì)算出平均焊道寬度和高度，為以后使用SHIFT ON指令打下基礎(chǔ)。

2.焊接設(shè)備系統(tǒng)：

2.1焊接電源使用進(jìn)口500A雙絲焊系統(tǒng)，配合進(jìn)口水冷雙絲焊槍。

2.2清理飛濺焊渣噴硅油由專用清槍設(shè)備完成。

2.3.焊接夾具：（參考三維立體夾具結(jié)構(gòu)圖1）

利用工件的外形定位，手動(dòng)螺旋，通過(guò)墊鐵壓緊。夾具承重平臺(tái)的移動(dòng)通過(guò)絲杠驅(qū)動(dòng)，快速省力。驅(qū)動(dòng)絲杠外露部分有蓋板保護(hù)，防止飛濺。為確定不同尺寸工件的夾具承重平臺(tái)定位位置，設(shè)置有移動(dòng)對(duì)位標(biāo)尺。

夾具的結(jié)構(gòu)件采用鋼板和型鋼焊接件，經(jīng)去應(yīng)力退火處理。定位件等重要零件采用45#鋼調(diào)質(zhì)。該夾具設(shè)有工件安裝平臺(tái)絲杠驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，減輕人工移動(dòng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高精確度；夾具底板結(jié)構(gòu)件鋼板厚度40mm，提高夾具剛度，減少加載后的變形；增加定位塊的定位孔個(gè)數(shù)，適應(yīng)多品種工件的裝夾；將頂塊的基座設(shè)計(jì)成可移動(dòng)形式，適應(yīng)多品種工件的頂定要求。夾具采用首尾分體式，鏡面對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

由于工件噸位大，在安裝工件時(shí)要特別注意：

1、一定要將夾具平臺(tái)上的螺栓擰緊，否則工件翻轉(zhuǎn)時(shí)，墊塊掉落造成支點(diǎn)失效非常危險(xiǎn)。

2、更換工件種類時(shí)要重新調(diào)整夾具平臺(tái)位置，完畢后一定要將夾具平臺(tái)得六顆M18螺栓鎖緊，否則工件翻轉(zhuǎn)時(shí)的側(cè)向壓力會(huì)加在調(diào)節(jié)絲杠上，造成彎曲。

2.4變位機(jī)：（參考三維立體變位機(jī)結(jié)構(gòu)圖2）

采用頭尾座單軸變位機(jī)，由4.4KW交流伺服電機(jī)，經(jīng)過(guò)精密減速機(jī)驅(qū)動(dòng)。

變位機(jī)最大承載能力為2.5T的 CDB工件重量，回轉(zhuǎn)角度±180°，任意點(diǎn)定位，定位精度為在R300mm半徑上小于±0.25mm。

變位機(jī)的尾箱安裝在軌道上，可以手動(dòng)前后移動(dòng)，以適應(yīng)不同工件長(zhǎng)度，移動(dòng)到位后手動(dòng)鎖緊。工件翻轉(zhuǎn)之前，清理多余未點(diǎn)固雜物，軌道設(shè)有保護(hù)套，防止飛濺污染軌道或其它重物砸壞軌道。尾箱可以手動(dòng)前后推拉移動(dòng)，以適應(yīng)不同工件長(zhǎng)度。移動(dòng)前松開定位夾塊（前面2個(gè)，后面2個(gè)），到位后手動(dòng)鎖緊。

變位機(jī)的結(jié)構(gòu)件采用鋼板和型鋼焊接件，經(jīng)去應(yīng)力退火處理，軸等重要零件采用45#調(diào)質(zhì)處理。焊接電流導(dǎo)電系統(tǒng)采用焊接專用大電流低電壓導(dǎo)電碳刷，每個(gè)尾箱主軸均勻分布三組，通過(guò)彈簧加力壓緊。

2.5行走機(jī)構(gòu)：（參考三維立體機(jī)器人X軸行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖3）

機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)采用單梁龍門架式行走機(jī)構(gòu)，沿X軸方向左右自由行走，由程序控制任意定位。單梁后面設(shè)置維護(hù)平臺(tái)和工作梯。

導(dǎo)軌采用優(yōu)質(zhì)直線導(dǎo)軌，驅(qū)動(dòng)為交流伺服電機(jī)，通過(guò)精密減速機(jī)和齒輪齒條傳動(dòng)。通過(guò)彈性鎖緊裝置，使齒輪齒條之間始終保持固定的壓緊力，一方面消除傳動(dòng)間隙，提高傳動(dòng)精度；另一方面保證傳動(dòng)安全，具有過(guò)載保護(hù)功能。

行走機(jī)構(gòu)總長(zhǎng)9000mm，兩個(gè)端頭設(shè)置二級(jí)保護(hù)：第一級(jí)是行程開關(guān)，機(jī)器人移動(dòng)滑塊碰到左或者右行程開關(guān)后，電機(jī)伺服電源立即掉電保護(hù)；第二級(jí)是物理限位擋鐵，如果左右行程開關(guān)失效，機(jī)器人移動(dòng)滑塊碰到物理限位擋鐵，電機(jī)伺服系統(tǒng)將產(chǎn)生過(guò)載現(xiàn)象，伺服電源同樣立即掉電保護(hù)。有效行程8000mm，超過(guò)技術(shù)協(xié)議規(guī)定。

行走機(jī)構(gòu)的最高行走速度為8m/min，任意點(diǎn)的重復(fù)定位精度±0.2mm。

行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件采用鋼板和型鋼焊接件，經(jīng)去應(yīng)力退火處理，齒輪齒條等重要零件采用45#鋼高頻調(diào)質(zhì)處理。

2.6操作、控制系統(tǒng)：

工作站控制系統(tǒng)主要用于控制機(jī)器人、變位機(jī)、行走機(jī)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)有序運(yùn)動(dòng)。

正對(duì)機(jī)器人工作站，靠近左面的變位機(jī)定義為θ1軸，靠近右面的變位機(jī)定義為θ2軸，機(jī)器人移動(dòng)的高架行走橫梁定義為X軸。在每一個(gè)分控制屏當(dāng)中設(shè)置了所有必要的功能按鈕、移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)大小任意設(shè)定，移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的速度任意設(shè)定。

主控部分采用三菱（FX3uc系列）PLC可編程控制器作為主控單元，具有高速度、高性能的優(yōu)點(diǎn)。人機(jī)界面采用彩色觸屏，設(shè)置主控制屏，含有X軸操作界面，θ1軸操作界面，θ2軸操作界面和特別提示四個(gè)分控制屏。

2.7變壓器：

機(jī)器人系統(tǒng)用降壓變壓器使用工廠原有的，5KVA。

三、結(jié)論

1、厚板雙絲焊接工藝，對(duì)選定的穩(wěn)定焊接規(guī)范，要進(jìn)行多次堆道試驗(yàn)，計(jì)算出平均焊道寬度和高度，作為自動(dòng)排列焊道的基礎(chǔ)；

2、系統(tǒng)研究了雙絲焊熔池，特別是后絲對(duì)前絲跟蹤的影響，通過(guò)調(diào)節(jié)跟蹤增益系數(shù)，減少干擾，提高跟蹤精度；

3、制造出MOTOMAN機(jī)器人雙絲焊接口控制器，在編程器上即可任意設(shè)定雙絲焊主從焊機(jī)的焊接電流，焊接電壓，焊接速度等重要參數(shù)；也可在焊機(jī)上定義JOB工作程序，包含相關(guān)焊接規(guī)范，有機(jī)器人靈活調(diào)用；

4、制造的大型重型變位機(jī)，機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)等外圍設(shè)備和機(jī)器人，雙絲焊系統(tǒng)組成厚板柔性焊接系統(tǒng)，配置靈活，使用方便可靠，使用眾多工程領(lǐng)域。